爬架荷载计算.docx
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爬架荷载计算
TS-01型附着式升降脚手架
设计计算书
北京韬盛科技发展有限公司
二○一二年五月
1.计算依据
(1)《建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定》建建[2000]230号
(2)《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2001
(3)《钢结构设计规范》GB50017-2003
(4)《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002
(5)《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99
(6)《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》JGJ202-2010
(7)《附着式升降脚手架》Q/TXTSK001-2009
2.计算说明
2.1架体参数
导座式附着升降架的相关架体参数如下:
表1架体相关参数
序号
项目
内容
1
架体宽度
内外排立杆中心距0.9m,内立杆与结构间距0.4m
2
立杆间距
立杆间距1.5m
3
水平杆步距
水平杆步距1.8m
4
架体高度
架体总高为8步,高度15.2m
5
计算跨度
取五个立杆间距,按7.5m一跨计算
6
附着支座数量
使用过程中每榀主框架上保证不少于3个,提升过程中不少于2个
7
附着支座与结构连接
27螺杆,Q235钢
8
吊挂件与结构连接
30螺杆,Q345钢
计算所采用的楼层相关信息如下:
表2楼层相关参数
序号
项目
内容
1
层高
2.8m~4.0m
2
砼强度
C20
3
墙体厚度
200mm
2.2计算选用值
材料选用值见表3。
表3材料选用值
A
(cm2)
I
(cm4)
W
(cm3)
i
(cm)
重量
(N/m)
f48.3*3.2
4.53
11.59
4.80
1.60
35.6
f48*3.5
4.89
12.19
5.08
1.58
38.4
f48*3.0
4.24
10.78
4.49
1.59
33.3
[6.3
8.45
51
16.3
2.46
66.3
各类材料物理性能指标选用值见表4。
表4各类材料物理性能指标选用值
材料种类
弹性模量E
(N/mm2)
抗拉、抗压和抗弯f
(N/mm2)
抗剪fv
(N/mm2)
f48.3*3.2
206×103
205
120
f48*3.5
206×103
205
120
f48*3.0
206×103
205
120
[6.3
206×103
205
120
M27螺杆
206×103
170
140
M30螺杆
206×103
170
140
焊缝(角焊缝)
160
160
计算参数见表5。
表5相关计算参数
序号
类别
项目
符号
取值
备注
1
架体荷载
操作面铺板
150N/m2
扣件
13.2N/个
2
施工
活荷载
使用状态同时作业3层时
2.0kN/m2
升降状态按3层荷载计
0.5kN/m2
3
风荷载
基本风压
w0
0.4kN/m2
风压高度变化系数
2.83
A类,200m
风振系数
1.0
建筑物体型系数
1.3
挡风系数
0.8
2.3验算项目
在确定架体计算单元的基础上对下列部分进行验算:
(1)水平支承桁架;
(2)主框架;
(3)架体构架
(4)附着支座;
(5)上、下吊点
(6)防坠验算。
3.计算单元
计算单元简图如图1:
图1附着式升降脚手架示意图
为偏于安全计,计算单元取5个立杆间距,跨度为7.5m。
4.
计算荷载
取一个计算单元计算,各部位的荷载标准值如下表:
表6荷载标准值
代号
项目
计算标准
荷载值
A
永久荷载
A1
主框架
(每榀主框架)
导轨立杆9.3×38.4×2=714N
导轨纵向小横杆0.09×27.6×74=184N
导轨横向小横杆0.16×23.0×25=92N
导轨小斜杆0.38×23.0×13=114N
框架立杆10.0×38.4×2=768N
框架水平杆0.85×38.4×6=196N
框架斜杆1.90×38.4×2=146N
2.21kN
A2
主框架加长节
(每榀主框架)
导轨立杆4.0×38.4×2=307N
导轨纵向小横杆0.09×27.6×32=79N
导轨横向小横杆0.16×23.0×11=40N
导轨小斜杆0.38×23.0×11=96N
框架立杆4.0×38.4×2=307N
框架斜杆1.90×38.4×2=146N
0.98kN
A3
水平支承桁架
(每立杆间距)
立杆2.3×38.4=88N
水平杆1.5×38.4×2=115N
斜杆2.34×38.4=90N
0.29kN
A4
附着支座(每榀主框架)
330N
0.33kN
A5
架体外排立杆处
(每立杆间距)
立杆13.3×38.4=511N
大横杆及扶手杆38.4×1.5×15=864N
小横杆38.4×1.2/2×8=184N
剪刀撑38.4×18.0/2=346N
扣件13.2×(9+2×8)=330N
操作面铺板150×0.45×1.5×5=506N
密目立网5×15.2×1.5=114N
2.86kN
A6
架体内排立杆处
(每立杆间距)
立杆13.3×38.4=511N
大横杆及扶手杆38.4×1.5×7=403N
小横杆38.4×1.2/2×8=184N
扣件13.2×8×2=211N
操作面铺板150×0.45×1.5×5=506N
1.82kN
A7
架体内外排水平杆
(架体构架计算用)
大横杆自重38.4N/m
小横杆自重38.4×1.2/2÷1.5=15.4N/m
操作面铺板150×0.45=67.5N/m
121N/m
A8
电动葫芦(每榀主框架)
2000N
2.00kN
B
可变荷载(使用工况下每立杆单元)
B1
架体外排立杆处
0.45×1.5×3000×2=4050N
4.05kN
B2
架体内排立杆处
0.45×1.5×3000×2=4050N
4.05kN
C
可变荷载(升降工况下每立杆单元)
C1
架体外排立杆处
0.45×1.5×500×2=675N
0.68kN
C2
架体内排立杆处
0.45×1.5×500×2=675N
0.68kN
D
可变荷载(坠落工况下每立杆单元)
D1
架体外排立杆处
0.45×1.5×500×3=1013N
1.01kN
D2
架体内排立杆处
0.45×1.5×500×3=1013N
1.01kN
E
风荷载
E1
每个立面单元
1×2.83×(1.3×0.8)×400×1.5×1.8=3179N
3.18kN
5.水平支承桁架验算
为偏于安全计,水平支承桁架取五片水平桁架(跨度为7.5m)进行计算,并按简支受力进行分析,其荷载效应组合为:
永久荷载+施工活荷载
5.1计算简图
按简支静定桁架进行分析,其计算简图如下:
图2水平支承桁架计算简图
5.2荷载计算
5.2.1外侧水平支承桁架
永久荷载:
PGLw=G(A3+A5)=1.2(0.29+2.86)=3.78kN
可变荷载:
PQLw=Q·B1=1.4×4.05=5.67kN
则计算荷载:
Pw=PGLw+PQLw=3.78+5.67=9.45kN
式中:
PGLw每个外侧支承桁架的竖向永久荷载设计值
PGLw每个外侧支承桁架的竖向可变荷载设计值
Pw每个外侧支承桁架的设计荷载
G永久荷载分项系数,取G=1.20
Q可变荷载分项系数,取Q=1.40
A3水平桁架自重,见表6,A3=0.29kN
A5外排立杆永久荷载,见表6,A5=2.86kN
B1外排立杆可变荷载,见表6,B1=4.05kN
5.2.2内侧水平支承桁架
永久荷载:
PGLn=G(A3+A6)=1.2(0.29+1.82)=2.53kN
可变荷载:
PQLn=Q·B2=1.4×4.05=5.67kN
则计算荷载:
Pn=PGLn+PQLn=2.53+5.67=8.20kN
式中:
PGLn每个内侧支承桁架的竖向永久荷载设计值
PGLn每个内侧支承桁架的竖向可变荷载设计值
Pn每个内侧支承桁架的设计荷载
A6内排立杆永久荷载,见表6,A6=1.82kN
B2内排立杆可变荷载,见表6,B2=4.05kN
其受荷载值小于外侧水平支承桁架,因此仅须验算外侧水平支承桁架即可。
5.3受力分析
按静定支承桁架进行受力分析,结果如下图所示:
图3水平支承桁架受力分析图单位:
kN
5.4截面校核
由受力分析图可以看出,则最不利杆件为压杆,出现在两个支座处,其一为竖向压杆,受力为28.35kN;其二为斜腹杆,受力为24.60kN。
杆件一:
杆件型号按f48×3.0钢管计,杆件计算长度L=1800mm
A=424mm2i=15.9mm
λx=λy=1800/15.9=113
=0.489
压杆稳定性验算如下:
=
136.73N/mm2<f=205N/mm2满足要求
杆件二:
杆件型号按f48×3.0钢管计,杆件计算长度L=2343mm
A=424mm2i=15.9mm
λx=λy=2343/15.9=147
=0.316
压杆稳定性验算如下:
=
183.60N/mm2<f=205N/mm2满足要求
6.主框架验算
6.1模型分析
主框架导轨由三根f48*3.5钢管构成,联结焊成格构式结构,可以认为是截面如下图形式的“品”字形刚架。
图4主框架导轨截面示意图
经分析截面的中性轴如上图所示,刚架的截面参数如下:
截面惯性矩:
Ix=
=
=
mm4
截面模量:
Wx=
=
=
mm3
6.2计算简图
主框架的受力分析应根据荷载效应组合的不同分两种:
①永久荷载+施工活荷载
②永久荷载+0.9(施工活荷载+风荷载)
1)荷载效应组合①2)荷载效应组合②
图5主框架受力简图
6.3计算荷载
主框架承受由水平支承桁架传递来的荷载,并加上主框架自重荷载,主框架的自重荷载在内外排之间按2:
1的比例分配。
6.3.1使用工况
荷载效应组合①
内排处:
P1n=4Pn+2/3G(A1+A2)+GA8
=4×8.20+2/3×1.2×(2.21+0.98)+1.2×2.00
=37.75kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=1.3后:
P1n=37.75×1.3=49.08kN
外排处:
P1w=4Pw+1/3G(A1+A2)=4×9.45+1/3×1.2×(2.21+0.98)
=39.08kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=1.3后:
P1w=39.08×1.3=50.80kN
荷载效应组合②
内排处:
P2n=4[G(A3+A6)+0.9QB2]+2/3G(A1+A2)+GA8
=4×[1.2×(0.29+1.82)+0.9×1.4×4.05]+2/3×1.2×(2.21+0.98)+1.2×2.00
=35.49kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=1.3后:
P2n=35.49×1.3=46.14kN
外排处:
P2w=4[G(A3+A5)+0.9QB1]+1/3G(A1+A2)
=4×[1.2×(0.29+2.86)+0.9×1.4×4.05]+1/3×1.2×(2.21+0.98)
=36.81kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=1.3后:
P2w=36.81×1.3=47.85kN
风荷载:
PF=0.9×4QE1=0.9×4×1.4×3.18=16.03kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=1.3后:
PF=16.03×1.3=20.84kN
上列式中:
P1n荷载效应组合①下主框架内侧杆荷载设计值
P1w荷载效应组合①下主框架外侧杆荷载设计值
P2n荷载效应组合②下主框架内侧杆荷载设计值
P2w荷载效应组合②下主框架外侧杆荷载设计值
PF每个主框架单元节点的风荷载设计值
A1主框架自重,见表6,A1=2.21kN
A2主框架加长节自重,见表6,A2=0.98kN
A8提升设备自重,见表6,A8=2.00kN
E1每个立面单元节点所受风荷载,见表6,E1=3.18kN
6.3.2升降工况
荷载效应组合①
内排处:
P1n=4[G(A3+A6)+QC2]+2/3G(A1+A2)+GA8
=4×[1.2×(0.29+1.82)+1.4×0.68]+2/3×1.2×(2.21+0.98)+1.2×2.00
=18.34kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后:
P1n=18.34×2.0=36.68kN
外排处:
P1w=4[G(A3+A5)+QC1]+1/3G(A1+A2)
=4×[1.2×(0.29+2.86)+1.4×0.68]+1/3×1.2×(2.21+0.98)
=19.66kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后:
P1w=19.66×2.0=39.32kN
荷载效应组合②
内排处:
P2n=4[G(A3+A6)+0.9QC2]+2/3G(A1+A2)
=4×[1.2×(0.29+1.82)+0.9×1.4×0.68]+2/3×1.2×(2.21+0.98)
=16.11kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后:
P2n=16.11×2.0=32.22kN
外排处:
P2w=4[G(A3+A5)+0.9QC1]+1/3G(A1+A2)
=4×[1.2×(0.29+2.86)+0.9×1.4×0.68]+1/3×1.2×(2.21+0.98)
=19.82kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后:
P2w=19.82×2.0=39.64kN
风荷载:
PF=0.9×4QE1=0.9×4×1.4×3.18=16.03kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后:
PF=16.03×2.0=32.06kN
6.3.3坠落工况
荷载效应组合①
内排处:
P1n=4[G(A3+A6)+QD2]+2/3G(A1+A2)+GA8
=4×[1.2×(0.29+1.82)+1.4×1.01]+2/3×1.2×(2.21+0.98)+1.2×2.00
=20.74kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后:
P1n=20.74×2.0=41.48kN
外排处:
P1w=4[G(A3+A5)+QD1]+1/3G(A1+A2)
=4×[1.2×(0.29+2.86)+1.4×1.01]+1/3×1.2×(2.21+0.98)
=22.05kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后:
P1w=22.05×2.0=44.10kN
荷载效应组合②
内排处:
P2n=4[G(A3+A6)+0.9QD2]+2/3G(A1+A2)
=4×[1.2×(0.29+1.82)+0.9×1.4×1.01]+2/3×1.2×(2.21+0.98)
=17.77kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后:
P2n=17.77×2.0=35.54kN
外排处:
P2w=4[G(A3+A5)+0.9QD1]+1/3G(A1+A2)
=4×[1.2×(0.29+2.86)+0.9×1.4×1.01]+1/3×1.2×(2.21+0.98)
=21.49kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后:
P2w=21.49×2.0=42.98kN
风荷载:
PF=0.9×4QE1=0.9×4×1.4×3.18=16.03kN
按JGJ202规范4.1.7要求,考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后:
PF=16.03×2.0=32.06kN
6.4受力分析
取一个主框架单元进行计算,全部荷载简化为由一个框架单元承受,主框架是由多个单元构成,单个单元能满足承载要求时,多个单元组合承载能力更强。
受力分析简图如下:
1)荷载效应组合①2)荷载效应组合②
图6主框架受力分析简图
6.4.1使用工况
1)荷载效应组合①2)荷载效应组合②单位:
kN
图7主框架受力分析简图(使用工况)
6.4.2升降工况
1)荷载效应组合①2)荷载效应组合②单位:
kN
图8主框架受力分析简图(升降工况)
6.4.3坠落工况
1)荷载效应组合①2)荷载效应组合②单位:
kN
图9主框架受力分析简图(坠落工况)
6.5承载验算
6.5.1使用工况
(1)、荷载效应组合①
压杆校核:
l=900/15.9=57<[l]=150
查表得j=0.829
=
72.26N/mm2<f=205N/mm2满足要求
拉杆校核:
=
133.94N/mm2<f=205N/mm2满足要求
(2)、荷载效应组合②
压杆校核:
l=900/15.9=57<[l]=150
查表得j=0.829
=
127.37N/mm2<f=205N/mm2满足要求
拉杆校核:
=
126.18N/mm2<f=205N/mm2满足要求
6.5.2升降工况
(1)、荷载效应组合①
压杆校核:
l=900/15.9=57<[l]=150
查表得j=0.829
=
55.93N/mm2<f=205N/mm2满足要求
拉杆校核:
=
103.68N/mm2<f=205N/mm2满足要求
(2)、荷载效应组合②
压杆校核:
l=900/15.9=57<[l]=150
查表得j=0.829
=
147.60N/mm2<f=205N/mm2满足要求
拉杆校核:
=
104.53N/mm2<f=205N/mm2满足要求
6.5.3坠落工况
(1)、荷载效应组合①
压杆校核:
l=900/15.9=57<[l]=150
查表得j=0.829
=
62.73N/mm2<f=205N/mm2满足要求
拉杆校核:
=
116.27N/mm2<f=205N/mm2满足要求
(2)、荷载效应组合②
压杆校核:
l=900/15.9=57<[l]=150
查表得j=0.829
=
152.35N/mm2<f=205N/mm2满足要求
拉杆校核:
=
113.33N/mm2<f=205N/mm2满足要求
7.架体验算
7.1架体立杆
比较内外排立杆,外排立杆受力为Pw=9.45kN,内排立杆受力为Pn=8.20kN,内外排立杆受力环境状态相同,因此只须验算外立杆稳定性。
l=1800/15.9=113<[l]=210
查表得j=0.496
按JGJ202规范4.1.6要求,考虑附加安全系数 1=1.43后:
Pw=1.43×9.45=13.51kN
64.24N/mm2<f=205N/mm2满足要求
7.2架体水平杆
架体内排水平杆按单跨简支梁计算。
p=GA7+Qp活=1.2×121+1.4×0.45×2000=1405N/m
M=1/8·pl2=1/8×1405/1000×15002=3.95×105N·mm
式中:
p水平杆所受线荷载设计值
A7架体内外排水平杆所受永久荷载
p活使用工况下的活荷载
M水平杆所受跨中弯矩
则水平杆截面应力如下:
s=M/W=3.95×105/4.49×103
=87.97N/mm2<f=205N/mm2满足要求
则水平杆跨中挠度如下:
v=
=4.17mm<[v]=10mm满足要求
8.上吊点吊挂件验算
8.1计算简图
吊挂件螺杆为M30螺杆,外侧挂吊挂件的一侧为光杆无螺纹,吊挂件安装图如下:
图10吊挂件安装示意图
受力简图如下:
图11吊挂件受力分析图单位:
kN
8.2荷载计算
吊挂件仅在架体升降时使用,因此按升降工况及荷载组合①情况考虑,吊挂件所受荷载为:
PD=P1n+P1w=36.68+39.32
=76.00kN
式中P1n及P1w见6.3.2,计算值已经考虑了附加荷载不均匀系数 2。
8.3吊环验算
吊环采用Φ28圆钢
吊环截面积:
As=615.75mm2
s=PD/2As=76.00×103/(2×615.75)
=61.71N/mm2<f=205N/mm2满足要求
8.4吊环轴验算
吊环轴采用Φ32圆钢,承受剪力:
吊环轴截面积:
As=804.25mm2
s=PD/2As=76.00×103/(2×804.25)
=47.25N/mm2<
满足要求
8.5焊缝强度计验算
焊缝采用母材直角焊,双面满焊hf≥6mm
焊缝强度许用设计值:
抗压:
fwc=160N/mm2
抗拉、抗剪:
fwt=160N/mm2
总焊缝长度:
ΣL=250×4=1000mm
焊缝有效高度:
he=0.7hf=0.7×6=4.2mm
故:
ft=P/heΣL=76×103/4.2×1000
=18.10N/mm2<fwt=160N/mm2满足要求
8.6吊挂件穿墙螺栓验算
8.6.1计算简图
受力简图见图8所示。
8.6.2受力分析
螺杆剪力R1y=PD=76.00kN
螺杆拉力R1x=PD×190/270=76.00×190/270=53.48kN
8.6.3截面校验
=98.96kN
=
=105.43kN
则
=0.85<1满足要求
9.下吊点验算
9.1计算简图
下吊点为三角桁架式,由[6.3槽钢焊接而成,其计算简图如下:
图12下吊点桁架计算简图
9.2荷载计算
下吊点仅在架体升降时受力,因此按升降工况及荷载组合①情况考虑,下吊点所受荷载为:
PD=P1n+P1w=36.68+39.32
=76.00kN
式中P1n及P1w见6.3.